وجه شباهت و تفاوت LED های سفید با LED های رنگی

بیشتر طرح‌های روشنایی درحال رفتن به سمت ساخت با استفاده از نور سفید هستند به همین دلیل، محققان در درجه اول روی LED های سفید متمرکز هستند. با این حال، آنچه که برای LED های سفید بیان شود می‌تواند به سادگی در مورد LED های رنگی نیز صادق باشد. LEDهای رنگی بسیار شبیه به ال‌ای‌دی‌های سفید هستند، البته با این فرق که ولتاژ راه‌اندازی متفاوتی دارند. دلیل متفاوت بودن ولتاژ راه‌اندازی در نور رنگی (قرمز ، زرد ، آبی و …) که مستقیماً توسط ماده نیمه هادی تولید می شود، است. این ماده برای بدست آوردن رنگهای متنوع، متفاوت است و تفاوت در مواد در هرکدام باعث ایجاد اختلاف در ولتاژهای راه‌اندازی می شود.

با این حال، نور سفید را نمی توان مستقیماً توسط یک ماده واحد تولید کرد. نور سفید از ترکیبی از همه رنگ ها تشکیل شده است. شما این موضوع را از قبل می‌دانید زیرا نور سفید توسط یک منشور می‌تواند به رنگ‌های تشکیل‌دهنده آن تبدیل شود. بنابراین باید نور سفید ایجاد شود. در حال حاضر دو روش اصلی برای تولید نور سفید با LED وجود دارد. در یک روش، از ال‌ای‌دی که نور آبی ساطع می‌کند استفاده می‌شود و نور آبی توسط یک فسفر به رنگ سفید تبدیل می‌شود. در روش دیگر، ترکیبی از LED های رنگی مختلف استفاده می شود.

رایج‌ترین روش، روش اول است. طول موج معمول برای نور آبی تولید شده توسط LED،  نانومتر435 است. چرا از نور آبی استفاده می کنیم؟ این مربوط به فیزیک نحوه تولید نور سفید است. نور آبی توسط یک فسفر جذب می‌شود و به عنوان طیف گسترده ای از نور تقریبی سفید مجدداً منتشر می شود. برای این‌که فسفر قادر به جذب و انتشار مجدد نور باشد ، نوری که بیرون می آید باید از انرژی کمتری نسبت به نور ورودی بهره‌مند باشد. این دقیقاً مانند هر مؤلفه الکترونیکی است. انرژی‌ای که وارد می‌شود، مقداری به صورت گرما از بین می‌رود و بقیه به صورت دگرگون شده خارج می‌شود. برای بدست آوردن همه رنگها در طیفی که انسان‌ها بتوانند ببینند ، فسفر نیاز به ورودی با انرژی بالاتر (طول موج کوتاه‌تر) دارد. برای انسان، این حدود 450 نانومتر است، بنابراین یک LED آبی 435 نانومتری، با استفاده از یک فسفر با صرفه ترین روش تولید نور سفید است.

انتشار نور سفید از نور آبی

کاربرد فسفر در تولید نور

قبل از روی آوردن به روش دوم تولید نور سفید، باید چند کلمه دیگر در مورد فسفر بیان کنیم. انواع مختلف فسفر وجود دارد. فسفرها برای جذب یک طول موج خاص از نور و مجدداً انتشار آن در یک یا چند طول موج مختلف یا یک باند طراحی شده‌اند. فسفرهای LED معمولاً برای انجام دومین حالت طراحی شده‌اند. اما محدودیت‌هایی برای این‌که چه پهنای باندی از رنگ‌های فسفر می‌توان ساطع کرد، وجود دارد. بنابراین بسیاری از ال‌ای‌دی‌ها از فسفرهای دو باند یا سه باند استفاده می کنند تا بتوانند طیف نور مورد نیاز برای تقریب رنگ سفید را پوشش دهند. این فسفرها مخلوطی از دو یا سه فسفر اصلی هستند. در هنگام نیاز به ترسیم رنگ بهتر معمولاً از فسفرهای پیچیده‌تر استفاده می‌شود.

توزیع توان طیفی لوله فلورسنت

چراغ‌های فلورسنت

به عنوان یک یادداشت جانبی، می‌توانیم به‌طور مختصر در مورد چراغ‌های فلورسنت اظهار نظر کنیم. از بعضی جهات، یک چراغ فلورسنت کاملاً شبیه به یک LED است، اما مکانیسم اساسی انتشار آن متفاوت است. این چراغ، یک پلاسمای با دمای بالا را درون لوله ایجاد می‌کند، که نور را در محدوده ماوراء بنفش(UV) در محدوده (254نانومتر) به جای محدوده آبی ساطع می‌کند. اما پس از آن برای جذب نور و بازتاب مجدد آن در محدوده مرئی، از فسفر استفاده می‌شود. توجه داشته باشید که از آنجا که طول موج نور به طور قابل توجهی دورتر از طیف مرئی از 435 نانومتر تولید شده توسط ال ای دی است، بازده ممکن در نهایت برای یک فلورسنت به‌طورذاتی کمتر از بازده ممکن برای یک LED باشد. آن‌چه که جالب است نوع فسفر مورد استفاده در چراغ‌های فلورسنت معمول است. این فسفرها از نوعی هستند که فقط در یک یا دو طول موج باریک مجدداً انتشار می‌یابند نه طیفی از رنگ‌ها. طول موج‌های خاص ساطع شده با دقت زیادی انتخاب شده‌اند تا نور ساطع شده مشخصات خوبی را برای CRI نشان دهد. اما ماهیت تند طیف انتشار همانند شکل، به این معنی است که رنگ‌ها در طول موج غیر از این‌ها توسط لامپ فلورسنت به‌صورت ضعیف تولید می‌شوند. البته، هیچ دلیلی وجود ندارد که فلورسنت‌ها نتوانند طیفهای مشابهی را که LED ها انجام می‌دهند داشته باشند. اما حداقل در حال حاضر، LED ها نسبت به لامپ‌های فلورسنت می‌توانند رنگ‌بندی بهتری را ارائه دهند.

سخن آخر